Food science, food industrial technology on blog

ตอนแรกผมเขียนบทความนี้แทรกลงไปในบทความทีนำเสนอเกี่ยวกับหลักการคำนวณอาหารแปรรูปด้วยความร้อน โดยวิธีทั่วไป หรือ General method แต่พอเขียนออกมาแล้วก็ปรากฏว่ามันยาวไป ดังนั้นจึงตัดสินใจแบ่งเป็นสองเรื่องซะเลย ซึ่งในตอนนี้ก็จะเป็นการปูพื้นให้ผู้ที่สนใจเรื่องนี้ มีความเข้าใจถึงศัพท์บางคำ รูปแบบของการกระจายความร้อน การส่งผ่านความร้ิอนของการฆ่าเขื้ออาหารในภาชนะบรรจุปิดสนิท และรูปแบบของกราฟอุณหภูมิ-เวลาทั้งที่เป็นอุณหภูมิหม้อฆ่าเชื้อ และตัวอาหาร ก่อนจะเข้าถึงการคำนวณในลำดับต่อไป สิ่งที่เราสนใจในการคำนวณเรื่องการแปรรูปอาหารด้วยความร้อนนั้นก็คือ เราต้องใช้เวลาเท่าไหร่ในการผลิตที่จะทำให้เราเชื่อมั่นได้ว่า กระบวนการที่ออกแบบนั้นเพียงพอต่อการทำงาน ปลอดภัย

นี่คือตัวอย่างค่าอุณหภูมิซึ่งจะนำไปใช้ในการอธิบายการคำนวณด้วยวิธีทั่วไป ซึ่งในตัวอย่างนี้จะทำการเก็บค่าทุก 5นาที โดยเก็บทั้งอุณหภูมิของตัวหม้อฆ่าเชื้อ และอุณหภูมิของจุดร้อนช้าที่สุดในเนื้ออาหาร ซึ่งตัวหลังนี้จะหาค่าได้จากการเสียบเทอร์โมคัพเพิลเข้าไป

และเมื่อเราเอาตัวเลขอุณหภูมิของตัวหม้อฆ่าเชื้อและ อุณหภูมิของอาหารในส่วนที่ร้อนช้าที่สุดมาพลอทกราฟ โดยให้แกนนอนเป็นเวลา เราก็ควรจะได้กราฟที่มีหน้าตาตามนี้ครับ

ในการฆ่าเชื้ออาหารด้วยความร้อนจะมีตัวแปรที่ผู้ควบคุมหม้อฆ่าเชื้อจะต้องควบคุมให้อยู่ภายใต้สภาวะการออกแบบที่กำหนดไว้อยู่สามอย่างคือ อุณหภูมิหม้อฆ่าเชื้อ, ความดันทั้งระบบ และเวลา ซึ่งยังไม่รวมในช่วงทำเย็นซึ่งเราจะต้องควบคุมทั้งความดันและอุณหภูิมิของตัวกลางความเย็นให้อยู่ในสภาวะเหมาะสม

มาทำความรู้จักกับศัพท์พื้นฐานที่คนในโรงงานแปรรูปอาหารด้วยความร้อนควรจะแม่นกันสักสองสามตัวก่อนนะครับ

Come-up time

สมมติว่าในกระบวนนี้กำหนดอุณหภูมิตัวกลางความร้อนในการฆ่าเชื้อเท่ากับ 250^oF ดังนั้นในช่วงระยะเวลานับตั้งแต่นาทีที่0 จนถึงนาทีที่ อันเป็นเวลา 25นาที อันเป็นช่วงของการยกระดับอุณหภูมิของหม้อฆ่าเชื้อให้ได้อุณหภูมิของหม้อฆ่าเชื้อตามที่เราต้องการ เราเรียกช่วงเวลาดังกล่าวว่า Come-up time ซึ่งแน่นอนว่าจะครอบคลุมเวลาในการไล่อากาศไปแล้ว

Process time

หลังจากช่วงเวลานับตั้งแต่นาทีที่ 25เป็นต้นไป ผู้ควบคุมก็จะเริ่มจับเวลาในการฆ่าเชื้อ โดยจะควบคุมอุณหภูมิการฆ่าเชื้อให้คงที่ เท่าที่จะทำได้ ช่วงดังกล่าวอุณหภูมิของหม้อฆ่าเชื้ออาจจะแกว่งจากค่าอุณหภูมิที่กำหนดในการฆ่าเชื้อได้บ้างเล็กน้อยดังตัวอย่างนี้นะครับ ส่วนสาเหตุของการแกว่งของอุณหภูมิหม้อฆ่าเชื้อในช่วงของการจับเวลาฆ่าเชื้อ จะเกิดจากสาเหตุสองส่วนคือ 1)ความสม่ำเสมอของตัวกลางความร้อน 2)ความคลาดเคลื่อนของอุปกรณ์วัดและบันทึกอุณหภูมิ

ช่วงตั้งแต่นาทีที่25จนถึงนาทีที่ 70 ซึ่งถ้าสังเกตในเส้นกราฟที่เป็นเส้นสีเขียว นั่นแหละที่เราเรียกว่าช่วงของ Process time

Heat penetration

เมื่อผู้ควบคุมหม้อฆ่าเชื้อจับเวลาการฆ่าเชื้อจนครบตามที่กำหนด สมมติว่ากำหนดไว้ 55นาที หลายคนก็อาจจะงงว่าทำไม process time ทำไมนานจัง ซึ่งตัวเลขนี้ที่ยกมาก็เป็นไปได้กัับอาหารที่มีการแทรกผ่านความร้อน(heat penetration)แบบนำความร้อน ซึ่งตัวกลางในการแทรกผ่านความร้อน เช่น เนื้ออาหาร จะยึดติดแน่น หรือมีความข้นหนืดสูง ความร้อนจะเคลื่อนที่จากจุดนึงไปยังอีกจุดนึงเป็นลำดับ ในขณะที่อาหารที่มีรูปแบบการแทรกผ่านความร้อนแบบพาความร้อนจะมีการวิ่งขึ้นของอุณหภูมิในตัวอาหารเร็วกว่า เนื่องจากตัวกลาง(ชิ้นอาหาร หรือของเหลวที่อยู่ในภาชนะ)เคลื่อนที่ตามไปด้วย

จุดร้อนช้าของอาหารทั้งพาความร้อน และ นำความร้อนจะไม่เหมือนกันตามภาพข้างต้นนะครับ ลงมือใส่สีสวยๆให้เห็นกันชัดๆ

แล้วพอถึงนาทีที่70 ผู้ควบคุมหม้อฆ่าเชื้อก็จะทำการปิดการไหลของตัวกลางความร้อน แล้วก็จะเข้าสู่ขั้นตอนของการทำเย็นทันทีจะสังเกตนะครับว่าในบทความนี้ผมใช้คำว่าตัวกลางความร้อน แทนการระบุเป็นไอน้ำ หรือไอน้ำผสม เพื่อต้องการให้ผู้อ่านสามารถนำหลักการกระบวนการไปปรับเองด้วย

ทิ้งท้ายบทความนี้เกี่ยวกับการทำเย็นหลังจากฆ่าเชื้อ

สำหรับตัวกลางที่ใช้ในการทำเย็นหลังจากให้ความร้อน ก็จะขึ้นอยู่กับชนิดบรรจุภัณฑ์เป็นสำคัญแล้ว กระป๋องโลหะมักจะไม่มีปัญหากับการใช้น้ำเย็นมากนัก แต่ถ้าเป็นขวดแก้ว และถุงทนร้อนหรือ รีทอร์ทเพาช์ การทำเย็นจะต้องระมัดระวังเรื่องของความแตกต่างของอุณหภูมิตัวกลางความเย็น สำหรับกระบวนการด้วยน้ำเย็นกับบรรจุภัณฑ์ขวดแก้วไม่แนะนำให้ทำนะครับ เพราะว่าขวดแก้วจะแตกเอา เนื่องจากความเครียดของตัวแก้วได้โดยง่ายเมื่อถูกน้ำเย็นพ่นใส่ตรงๆ ดังนั้นการใช้ลมเย็นจึงเป็นทางเลือกที่ดีกว่า แต่อย่างไรก็ตามถ้าจำเป็นต้องใช้น้ำเย็น เราก็ต้องควบคุมความแตกต่างของอุณหภูมิของตัวกลางความร้อนกับน้ำเย็นไม่ให้เกินไปกว่า 130^oF

และอีกตัวแปรนึงที่เราจะต้องให้ความสำคัญไม่น้อยไปกว่าเรื่องของอุณหภูมิ ก็คือ เรื่องของความดันภายในภาชนะบรรจุอาหาร ซึ่งหลังจากที่อาหารขยายตัวเต็มที่เนื่องจากความร้อนแล้ว ในกรณีที่ใช้น้ำเย็นเป็นตัวหล่อเย็น ถ้าเกิดว่าเราไม่มีการควบคุมในเรื่องของความดันที่มีประสิทธิภาพดีเพียงพอ ทันทีที่เปิดหม้อฆ่าเชื้อ ความดันภายในภาชนะบรรจุที่สูงกว่าความดันบรรยากาศภายนอกอยู่แล้ว ก็จะส่งผลให้อาหารบวมทะลักออกมานอกภาชนะบรรจุ ซึ่งวิธีป้องกันในทางปฏิบัติ ขณะที่กำลังปล่อยน้ำเย็นเข้าไปนั้น เราจะใช้ลมเพื่อคอยประคองความดันในหม้อฆ่าเชื้อไม่ให้ลดลงเร็วเกินไปนัก โดยจะต้องค่อยๆปรับความดันหม้อฆ่าเชื้อให้สอดคล้องกับความดันของอาหารที่อยู่ในภายในภาชนะบรรจุ ซึ่งขั้นตอนของการทำเย็นนี้มีเพื่อทำให้เชื้อจุลินทรีย์ทนร้อน และเซลล์บาดเจ็บที่ยังอยู่ในอาการร่อแร่เป็นตายเท่ากัน เกิดการปรับตัวไม่ทันต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบกระทันหัน.. ได้ตายลงและไม่กลับมาเจริญได้ต่อไป